Ứng dụng thiết bị gps trimble r7 và toàn đạc điện tử trimble s6 trong công tác trắc địa địa hình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT DƯƠNG TUẤN VINH ỨNG DỤNG THIẾT BỊ GPS TRIMBLE R7 VÀ TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ TRIMBLE S6 TRONG CƠNG TÁC TRẮC ĐỊA ĐỊA HÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT DƯƠNG TUẤN VINH ỨNG DỤNG THIẾT BỊ GPS TRIMBLE R7 VÀ TỒN ĐẠC ĐIỆN TỬ TRIMBLE S6 TRONG CƠNG TÁC TRẮC ĐỊA ĐỊA HÌNH Ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ Mã số: 60520503 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐÀO QUANG HIẾU HÀ NỘI - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu thực Các số liệu kết luận nghiên cứu trình bày luận văn chưa cơng bố cơng trình khác Tơi xin chịu trách nhiệm luận văn Hà Nội, ngày 02 tháng năm 2015 Học viên Dương Tuấn Vinh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài 10 Đối tượng nghiên cứu đề tài 11 Phạm vi nghiên cứu đề tài 11 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 11 Nội dung nghiên cứu đề tài 11 Phương pháp nghiên cứu đề tài 12 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 12 Cấu trúc luận văn 13 CHƯƠNG 1: ỨNG DỤNG GPS TRIMBLE R7 TRONG CÔNG TÁC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA 14 1.1 HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 14 1.1.1 Cấu trúc nguyên lý hoạt động hệ thống GPS 14 1.1.2 Các đại lượng đo GPS 17 1.1.3 Các phương pháp đo GPS 19 1.1.4 Các nguồn sai số đo GPS 28 1.2 KHẢO CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA MÁY GPS TRIMBLE R7 30 1.2.1 Tổng quan 30 1.2.2 Chức 31 1.2.3 Cấu tạo 35 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG MÁY TRIMBLE S6 TRONG THU THẬP DỮ LIỆU VÀ CÔNG TÁC BIÊN TẬP BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA HÌNH 38 2.1 GIỚI THIỆU MÁY TĐĐT TRIMBLE S6 38 2.1.1 Tổng quan 38 2.1.2 Một số ch số k thuật Trimbl S6 đo v i chế độ R (direct reflex) 40 2.1.3 Một số chức bật máy toàn đạc điện tử Trimble S6 40 2.2 SỬ DỤNG PHẦN MỀM ĐỒ HỌA ĐỂ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TỶ LỆ LỚN 42 2.2.1 Gi i thiệu phần mềm Topo 42 2.2.2 Gi i thiệu chức phần mềm Topo 43 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG ĐỊNH VỊ VỆ TINH TRIMBLE R7 VÀ MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ ROBOTIC TRIMBLE S6 VÀO CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA ĐỊA HÌNH 76 3.1 ĐẶC ĐIỂM TÌNH HÌNH KHU VỰC THỰC NGHIỆM 77 3.1.1 Phạm vi khu vực thi công 77 3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa vật 78 3.2 PHƯƠNG ÁN THỰC NGHIỆM 79 3.2.1 Giai đoạn 1: Ứng dụng phương pháp đo tĩnh GPS để thành lập lư i khống chế phủ trùm khu đo 79 3.2.2 Giai đoạn 2: Ứng dụng phương pháp đo động xử lý tức thời (RTK) đo chi tiết đồ địa hình khu vực thơng thống lập lư i khống chế đo vẽ cục phục vụ cho máy toàn đạc điện tử đo vẽ chi tiết khu vực khó khăn 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT GNSS (Global Navigation Satellite System): Là thuật ngữ ch hệ thống dẫn đường vệ tinh toàn cầu GPS (Global Positioning Sytem): Là hệ thống định vị vệ tinh tồn cầu quan hàng khơng vũ trụ M RTK (Real Time Kinematic): Là thuật ngữ ch công nghệ định vị vệ tinh động xử lý th o thời gian thực PPK (Post Processing Kinematic): Là thuật ngữ ch công nghệ định vị vệ tinh động xử lý sau TĐĐT: Toàn đạc điện tử DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Bước sóng độ phân giải bước sóng 18 Bảng 2: Bảng tham khảo thời gian ca đo theo chiều dài cạnh 25 Bảng 1: Một số tiêu kỹ thuật máy toàn đạc điện tử Trimble S6 40 Bảng Bảng thống kê tọa độ điểm lưới khống chế 84 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Các thành phần hệ thống GPS 14 Hình 2: Chuyển động vệ tinh quỹ đạo 15 Hình 3: Sơ đồ bố trí trạm điều khiển 16 Hình 4: Kỹ thuật so trùng để giải mã tín hiệu từ vệ tinh 18 Hình 5: Nguyên lý định vị GPS phương pháp định vị tuyệt đối 20 Hình 6: Sai phân bậc 23 Hình 7: Sai phân bậc hai 23 Hình 8: Sai phân bậc ba 24 Hình 9: Đo động đơn Base 27 Hình 10: Đo động đa Base 27 Hình 11: Sai số ảnh hưởng tầng điện ly 29 Hình 12: Sai số ảnh hưởng tầng Ion tầng đối lưu 29 Hình 13: Trimble R7 GNSS triển khai đo tĩnh, tĩnh nhanh 31 Hình 14: Trimble R7 GNSS triển khai đo động thời gian thực RTK – máy Base 32 Hình 15: Trimble R7 GNSS triển khai đo động 33 Hình 16: Trimble R7 GNSS triển khai đo động xử lý sau PPK 33 Hình 1: Máy Tồn đạc điện tử Trimble S6 38 Hình 2: Khả kết hợp với hệ thống GPS Trimble S6 39 Hình 3: Khả kết nối linh hoạt với máy tính thiết bị thu GPS qua bảng điều khiển tích hợp Trimble S6 39 Hình 4: Giao diện nhập số liệu bình sai lưới độ cao 43 Hình 5: Các thông số điểm 44 Hình 6: Giao diện nhập số liệu bình sai lưới mặt 45 Hình 7: Góc phương vị 46 Hình 8: Khoảng cách 46 Hình 9: Góc đo 47 Hình 10: Giao diện nhập số liệu đo đạc 48 Hình 11: Cài đặt thơng số ban đầu 49 Hình 12: Số liệu vào từ máy tồn đạc điện tử 51 Hình 13: Số liệu vào từ máy kinh vĩ theo dài xiên 53 Hình 14: Số liệu vào từ máy kinh vĩ 54 Hình 15: Giao diện thao tác tệp 55 Hình 16: Hộp thoại cơng cụ 56 Hình 17: Điểm cập nhật máy phụ 57 Hình 18: Số liệu nhập vào từ tệp văn toạ độ (Tập Text) 58 Hình 19: Tạo điểm mia từ vẽ 59 Hình 20: Tạo điểm đo trạm máy 60 Hình 21: Giao diện tạo mơ hình lưới tam giác 63 Hình 22: Mơ hình lưới tam giác 63 Hình 23: Hiệu chỉnh mơ hình tam giác 64 Hình 24: Tạo mơ hình lưới 65 Hình 25: Vẽ đường đồng mức 66 Hình 26: Hiệu chỉnh TEXT 69 Hình 27: Hiệu chỉnh điểm đo 69 Hình 28: Thay đổi kiểu thể điểm đo 69 Hình 29: Chuyển điểm mia thành Block thuộc tính 71 Hình 30: Hiệu chỉnh lưới toạ độ 72 Hình 31: Tạo khung khơng gian vật thể 75 Hình 32: Chuyển khung sang không gian phẳng 73 Hình 33: Hiệu chỉnh khung đồ 74 Hình 34: Chèn sơ đồ phân mảnh 74 Hình 35: Tạo khung xiên 75 Hình 36: Xoay khung đồ để in 75 Hình 1: Nhập số liệu đo đạc 80 Hình 2: Lựa chọn hệ quy chiếu 80 Hình 3: Xử lý cạnh 81 Hình 4: Bình sai lưới 81 Hình 5: Trạm Base đặt trực tiếp điểm khống chế 85 Hình 6: Tạo Job cho dự án 86 Hình 7: Chọn kiểu đo 86 Hình 8: Chọn chế độ đo 87 Hình 9: Danh sách menu 87 Hình 10: Màn hình nhập thơng số 88 Hình 11: Máy Rover đo trực tiếp điểm chi tiết 89 Hình 12: Màn hình TSC2 91 Hình 13: Nhập thơng số điểm đo 91 Hình 14: Cân máy bọt thủy điện tử 92 Hình 15: Màn hình 93 Hình 16: Đặt tên cho Job 93 Hình 17: Cài đặt lựa chọn phép chiếu 94 Hình 18: Cài đặt thông số dịch chuyển hướng 94 Hình 19: Cài đặt Elipsoid thiết lập trạm đo 95 Hình 20: Đặt tọa độ điểm trạm đo điểm định hướng 95 Hình 21: Khởi động chương trình trút liệu 96 Hình 22: Các thao tác trút số liệu 96 Hình 23: Hiển thị sơ đồ điểm đo Trimble ice 97 Hình 24: Bản đồ địa hình khu vực thực nghiệm 98 89 b Khởi đo trạm động tiến hành đo chi tiết Sau thiết lập trạm Base, máy Rov r tiến hành đo trực tiếp điểm chi tiết Hình 11: Máy Rover đo trực tiếp điểm chi tiết Khởi đo trạm động (Rov r): Là việc xác định nhanh số nguyên lần bư c sóng từ vệ tinh đến ant n máy thu dựa vào việc thu tín hiệu vệ tinh (trị đo 90 C/A.Cod trị đo Phas ) Khi có số ngun đa trị việc giải tọa độ điểm đo tiếp th o ch cần v i số lượng trị đo (1 - trị đo) Thủ tục khởi đo để xác định xác v ctơ khởi đầu (đường đáy) Có phương pháp để xác định v ctơ khởi đầu: có điểm biết tọa độ, hai có đoạn thẳng có độ dài xác định định hư ng th o hư ng Bắc, ba đoạn thẳng đo th o phương pháp đo tĩnh Sau giải số nguyên đa trị qua phép khởi đo, việc đo đạc điểm khác tiến hành ch cần thời gian đo ngắn (ch cần thu - trị đo) trạm cố định (Bas ) trạm động (Rov r) trì việc thu liên tục tín hiệu vệ tinh Tọa độ điểm đo tính v i số liệu đo số liệu đo cần kiểm tra thực địa Nếu số liệu thu điều kiện không đảm bảo độ xác, thiết bị đo khơng cho phép đo, tín hiệu thu vệ tinh số lượng vệ tinh thơng tin số nguyên đa trị bị mất, việc khởi đo phải tiến hành lại V i máy thu GPS R7 GNSS tự động khởi đo máy cố định máy di động thu tín hiệu từ vệ tinh Q trình tự động khởi đo gọi thuật ngữ On-The-Fly (OTF) Đặc biệt, máy thu GPS R7 GNSS có thời gian khởi đo nhanh cỡ (10s + 0.5 x (km)) độ tin khởi đo cao (99.9%) Trong máy tiến hành khởi đo số liệu thu dạng Fload, độ xác ch đạt mức dư i mét, việc khởi đo hoàn thành số liệu đo thu dạng Fix d, độ xác đạt cao cỡ cm Tại trạm động thủ tục khởi đo tiến hành sau: - Từ m nu hình TSC2 vào Surv y nhấn chọn Start Survey 91 Hình 12: Màn hình TSC2 - Nếu trình thiết lập thành cơng lúc trạm máy động thu tín từ trạm máy tĩnh truyền sang nhờ hệ thống Radio Link Chờ cho thời gian đếm ngược, hình lên “RTK=Fixed”, lúc số nguyên đa trị vệ tinh xác định phép vào chế độ đo chi tiết Hình 13: Nhập thơng số điểm đo 92 Từ m nu chọn Survey > Measure Point Màn hình yêu cầu, ta vào thông số: - Point Name: Tên điểm - Code: Ghi điểm - Antena height: Chiều cao ăng t n máy thu trạm động Sau hoàn tất nhập thông số ta tiên hành đo động, người đo di chuyển đến vị tri cần đo nhấn Measure nhấn phím mềm Enter Sau nhấn vào Store để ghi số liệu di chuyển đến điểm đo tiếp th o Đối v i khu vực khó khăn, ta tiến hành lập lư i khống chế đo vẽ cục công nghệ định vị vệ tinh Lúc đó, trạm Rover tiến hành đo điểm khống chế đo vẽ Quy trình đo điểm khống chế đo vẽ tương tự đo điểm chi tiết đo chế độ Control Points thay chế độ Topo Points đo chi tiết Khi có lư i khống chế cục bộ, ta tiến hành đo chi tiết máy toàn đạc điện tử Trimble S6 c Thao tác v i máy toàn đạc điện tử Trimble S6 Các bư c thao tác trạm máy Trimbl S6 mô tả sau: Bước 1: Tiến hành cân máy xác v i bọt thuỷ điện tử - Bật hệ thống bọt thuỷ - Xoay ốc cân, đưa bọt thuỷ điện tử vào - Kiểm tra lại rọi tâm Las r Hình 14: Cân máy bọt thủy điện tử 93 Bước 2: Màn hình gồm Fil s, Keyin, Configuration, Survey, Congo, Instrument Chọn: Files => New job Hình 15: Màn hình Bước 3: Đặt tên thơng số cho Job Hình 16: Đặt tên cho Job 94 Bước 4: Khi m nu S l ct coordinat syst ms xuất tiến hành cài đặt thơng số lựa chọn phép chiếu Hình 17: Cài đặt lựa chọn phép chiếu Bước 5: Trong bảng proj ction tiến hành đặt thông số như: - Sự dịch chuyển hư ng bắc - Sự dịch chuyển hư ng đơng Hình 18: Cài đặt thông số dịch chuyển hướng 95 Bước 6: Cài đặt Elipsoid, thiết lập trạm đo Hình 19: Cài đặt Elipsoid thiết lập trạm đo Đặt tọa độ điểm đặt máy, xác định điểm định hư ng sau tiến hành đo đạc Hình 20: Đặt tọa độ điểm trạm đo điểm định hướng 96 Sau thiết lập xong trạm máy, ta vào chế độ đo chi tiết máy toàn đạc điện tử thông thường d Trút số liệu đo từ Trimble S6 Sau đo đạc ta sử dụng công cụ ata Transf r thuộc Trimbl Offic để trút số liệu từ máy Trimbl S6 sang máy tính Quá trình trút số liệu mơ tả từ hình 3.21 đến hình 3.23 - Vào Start \ Program \ Trimble Data Transfer \ Data Transfer Hình 21: Khởi động chương trình trút liệu - Chọn đường dẫn t i fil đo đạc tiến hành trút số liệu Hình 22: Các thao tác trút số liệu 97 Hình 23: Hiển thị sơ đồ điểm đo Trimble ice e Kết thực nghiệm Sau trình đo đạc ngoại nghiệp tiến hành biên tập nội nghiệp phần mềm Topo th o ch dẫn nêu mục 2.2 (Chương II), ta thu tờ đồ địa hình 3.24: 98 Hình 24: Bản đồ địa hình khu vực thực nghiệm 99 Qua trình thực nghiệm ứng dụng phương pháp đo động xử lý tức thời (RTK) vào trình đo vẽ chi tiết, tác giả kiểm chứng số luận điểm sau: - Tốc độ đo đạc ch phụ thuộc vào tốc độ tiếp cận điểm đo chi tiết, qua tăng tốc độ đo đạc; - Phạm vi đo đạc chi tiết hình trịn quanh trạm Base v i bán kính từ 500 m đến km tùy thuộc địa hình Điều khiến phạm vi khống chế điểm lư i tăng cao, giảm số lượng điểm khống chế cần xây dựng; - Quá trình đo khơng cần thơng hư ng trạm Bas trạm Rover nên khả đo đạc nâng cao; - Q trình đo đạc chi tiết khơng phụ thuộc vào thời gian phụ thuộc vào thời tiết; - V i khu vực khó khăn, việc kết hợp công nghệ định vị vệ tinh máy toàn đạc điện tử mang lại hiệu cao 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm luận văn cho phép rút số kết luận kiến nghị sau: Kết luận - Việc ứng dụng phương pháp đo tĩnh thiết bị GPS Trimble R7 vào trình xây dựng lư i khống chế giúp rút ngắn thời gian đo đạc giảm số lượng nhân công nhiều so v i công nghệ thiết bị cũ; - Ứng dụng phương pháp đo động xử lý tức thời vào trình đo đạc chi tiết giúp nâng cao xuất lao động rút ngắn thời gian thi công tăng phạm vi khống chế điểm lư i; - Ngoài việc ứng dụng công nghệ GPS giúp cải thiện yếu tố kĩ thuật trình đo đạc không cần thông hư ng điểm đo (điều đặc biệt ý nghĩa trình đo đạc khu vực có nhiều địa vật che chắn), q trình đo đạc khơng phụ thuộc vào thời gian phụ thuộc vào thời tiết - Việc sử dụng kết hợp máy toàn đạc điện tử Robotic Trimbe S6 v i phương pháp đo động máy GPS Trimbl R7 đo chi tiết giải tốn thơng hư ng GPS khu đo rậm rạp có độ che phủ cao Ngồi v i tính ưu việt máy tồn đạc điện tử tự động bắt gương (điểm chi tiết), đo không gương giúp cho công việc đo chi tiết linh hoạt tiện lợi nhiều Tuy nhiên công nghệ GPS ứng dụng cịn số hạn chế như: - Q trình đo đạc cần thông hư ng máy thu lên vệ tinh v i góc mở l n, việc chọn điểm lư i thiết kế cần chọn vị trí thích hợp - Sóng sử dụng q trình truyền tín hiệu chế độ đo động xử lý tức thời khơng có khả xun qua vật rắn nên khơng dùng cho cơng trình ngầm, khu vực có độ che phủ cao 101 - Đây cơng nghệ m i, thiết bị có giá thành cao k thuật đại, yêu cầu đầu tư ban đầu l n người lao động có trình độ k thuật cao Kiến nghị - Hiện số lượng vệ tinh phục vụ cho ccong tác đo GPS tăng lên đáng kể nên để đảm bảo chất lượng tín hiệu thu khắc phục điều kiện thực tế ảnh hưởng đến tín hiệu thu, trình đo lư i khống chế, thời gian đo nên kéo dài so v i quy định quy phạm hành - Trong trình đo chi tiết sử dụng công nghệ GPS - phương pháp đo RTK ta nên kết hợp v i máy toàn đạc điện tử Robotic Tại khu vực khó khăn có độ che phủ cao, trạm Rover đóng vai trị dẫn điểm khống chế đến gần khu đo máy tồn đạc điện tử tiến hành đo chi tiết 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Hồng Lân (1997) Cơng nghệ GPS Bài giảng cao học ngành Trắc địa, Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Đặng Nam Chinh (2012) Ứng dụng công nghệ GPS thành lập, chỉnh sử dụng đồ Bài giảng cho học viên cao học chuyên ngành Khoa Trắc địa, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Đào Quang Hiếu (2007) Ứng dụng Kỹ thuật điện tử Trắc địa Bài giảng cao học, Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Cục Đo đạc Bản đồ Nhà Nư c (1990), Quy phạm đo vẽ đồ địa hình tỉ lê 1/500, 1/1000, 1/2000, 1/5000 (Phần ngồi trời) , Hà Nội Cục Đo đạc Bản đồ Nhà Nư c (1990), Quy phạm đo vẽ đồ địa hình tỉ lê 1/500, 1/1000, 1/2000, 1/5000 (Phần nhà) , Hà Nội Trimble.com ... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT DƯƠNG TUẤN VINH ỨNG DỤNG THIẾT BỊ GPS TRIMBLE R7 VÀ TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ TRIMBLE S6 TRONG CƠNG TÁC TRẮC ĐỊA ĐỊA HÌNH Ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản... GPS TRIMBLE R7 máy tồn đạc điện tử TRIMBLE S6 V i mục tiêu nghiên cứu ứng dụng rộng rãi hai loại máy công tác trắc địa, tác giả đề xuất hư ng nghiên cứu 10 ? ?Ứng dụng thiết bị GPS Trimble R7 Toàn. .. máy GPS Trimbl R7 - Các lĩnh vực ứng dụng máy toàn đạc điện tử Robotic Trimble S6 Phạm vi nghiên cứu đề tài Luận văn nghiên cứu ứng dụng thiết bị GPS Trimbl R7 máy toàn đạc điện tử Trimble S6